用于干擾抑制的天線系統(tǒng)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于干擾抑制的天線系統(tǒng)
發(fā)明背景發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明總體上涉及無(wú)線通信領(lǐng)域。具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及用于優(yōu)化與預(yù)期收發(fā)器的通信鏈路質(zhì)量的天線系統(tǒng)和方法。
相關(guān)技術(shù)說(shuō)明
[0002]隨著新一代的手機(jī)、網(wǎng)關(guān)以及其他無(wú)線通信裝置嵌入有越來(lái)越多的應(yīng)用并且對(duì)帶寬的需要變得更大，為了優(yōu)化鏈路質(zhì)量，將會(huì)要求新的天線系統(tǒng)。確切地說(shuō)，將會(huì)要求更好地控制輻射場(chǎng)，以便提供與預(yù)期收發(fā)器的更好的通信鏈路質(zhì)量，同時(shí)抑制來(lái)自不期望的收發(fā)器的信號(hào)。
[0003]此外，隨著這些新的手機(jī)和其他無(wú)線通信裝置變得更小并嵌入有越來(lái)越多的應(yīng)用，要求新的天線設(shè)計(jì)以便解決這些裝置的固有限制并賦予新的能力。對(duì)于經(jīng)典天線結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)處于特定頻率且具有特定帶寬的諧振天線結(jié)構(gòu)要求特定物理體積。在多帶應(yīng)用中，可能需要一個(gè)以上這種諧振天線結(jié)構(gòu)。然而，此類復(fù)雜天線陣列的有效實(shí)現(xiàn)可能由于與移動(dòng)裝置相關(guān)聯(lián)的尺寸約束而被禁止。另外，提供激勵(lì)多個(gè)天線所要求的多個(gè)功率放大器或饋電網(wǎng)絡(luò)在許多應(yīng)用中成本昂貴。
[0004]通過(guò)調(diào)零或減少在干擾源的方向上的天線增益可以實(shí)現(xiàn)很大益處。一種常見(jiàn)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)一種天線陣列，其中單獨(dú)天線元件發(fā)射或接收的RF信號(hào)的振幅和相位受到控制；可以施加對(duì)施加至這些元件或由這些元件接收的信號(hào)的加權(quán)，以便將在一個(gè)或多個(gè)干擾源的方向上形成減少的增益、或零陷。
[0005]這種自適應(yīng)天線設(shè)計(jì)的目標(biāo)是增加一個(gè)方向上的增益，這造成與全向圖案相比，對(duì)應(yīng)于期望連接的鏈路預(yù)算提高并且來(lái)自不想要的源的干擾減少。典型地，多個(gè)天線被組裝成陣列配置，并且能夠更改這些單獨(dú)天線的振幅和相位的饋電網(wǎng)絡(luò)被連接至這些天線上。一種算法被開(kāi)發(fā)來(lái)修改該天線陣列的復(fù)合輻射圖案以對(duì)天線波束賦形來(lái)增加期望的接收或發(fā)射方向上的增益和減少干擾源的方向上的增益。
[0006]這種方法的困難是將多個(gè)天線集成在無(wú)線裝置中要求的體積以及設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)饋電網(wǎng)絡(luò)以將RF信號(hào)分配至多個(gè)天線元件的復(fù)雜性。通過(guò)使用可以提供在干擾源的方向上形成零陷(null)的能力的單個(gè)驅(qū)動(dòng)天線元件將會(huì)是大為有益的。
發(fā)明概述
[0007]在各種實(shí)施例中，一種有源可調(diào)諧的天線能夠進(jìn)行有源波束調(diào)整以配置天線輻射圖案來(lái)在預(yù)期通信方向上提供增益極大值并且在一個(gè)或多個(gè)干擾源的方向上提供增益極小值。這種有源調(diào)諧被適配成用于通過(guò)增加預(yù)期信號(hào)并減少不期望的信號(hào)來(lái)使得鏈路預(yù)算提尚，從而提供提尚的?目噪比(SNR)性能。
附圖簡(jiǎn)要說(shuō)明
[0008]圖1示出有源模態(tài)天線，該有源模態(tài)天線能夠配置天線輻射圖案以在預(yù)期通信方向上提供增益極大值并且在一個(gè)或多個(gè)干擾源的方向上提供增益極小值。
[0009]圖2示出該有源模態(tài)天線的使用情況，輻射圖案被旋轉(zhuǎn)或更改以優(yōu)化第一基站的鏈路質(zhì)量、同時(shí)減少來(lái)自第二基站的干擾。
[0010]圖3進(jìn)一步示出對(duì)更能自適應(yīng)的天線系統(tǒng)的需要，這種天線系統(tǒng)提供修改移動(dòng)天線的輻射圖案的能力，以在優(yōu)化多個(gè)收發(fā)器的鏈路質(zhì)量的同時(shí)最小化來(lái)自多個(gè)源的干擾。
[0011]圖4示出有源模態(tài)天線和通過(guò)激活寄生元件實(shí)現(xiàn)的各種天線輻射圖案，這些寄生元件定位在福射結(jié)構(gòu)周圍以實(shí)現(xiàn)波束操控(beam steering)和/或零陷操控(nullsteering)，從而增強(qiáng)鏈路預(yù)算質(zhì)量。
[0012]圖5示出根據(jù)實(shí)施例的有源模態(tài)天線，其中單個(gè)驅(qū)動(dòng)天線元件被許多寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件圍繞；天線調(diào)諧模塊(ATM)將控制信號(hào)提供給這些有源調(diào)諧元件以對(duì)天線輻射圖案賦形。
[0013]圖6示出根據(jù)實(shí)施例的有源模態(tài)天線，其中寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件以二維來(lái)定位在驅(qū)動(dòng)天線結(jié)構(gòu)周圍；這些寄生元件是由天線調(diào)諧模塊控制的。
[0014]圖7示出根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的有源模態(tài)天線。
[0015]圖8示出根據(jù)實(shí)施例的有源模態(tài)天線，其中寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件以三維來(lái)定位在驅(qū)動(dòng)天線元件周圍，以對(duì)輻射圖案控制提供另外的能力。
[0016]圖9示出根據(jù)實(shí)施例的有源模態(tài)天線，其中寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件以三維來(lái)定位在驅(qū)動(dòng)天線周圍，以對(duì)輻射圖案控制提供另外的能力。
[0017]圖10示出被適配成用于利用寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件進(jìn)行輻射圖案控制的有源模態(tài)天線；自適應(yīng)處理器分析來(lái)自多個(gè)源的信號(hào)并向這些單獨(dú)有源元件發(fā)送控制信號(hào)以便提供最佳天線輻射圖案。
[0018]圖11示出另一個(gè)實(shí)施例，其中有源模態(tài)天線用于多用戶環(huán)境例如像WLAN應(yīng)用；該有源模態(tài)天線能夠?qū)椛鋱D案賦形以最大化預(yù)期收發(fā)器的鏈路質(zhì)量，同時(shí)最小化來(lái)自非預(yù)期收發(fā)器的干擾。
[0019]圖12示出更穩(wěn)健的通信系統(tǒng)，其中所有用戶都配備有源模態(tài)天線；有源模態(tài)天線網(wǎng)絡(luò)提供了改進(jìn)的干擾抑制和增加的通信鏈路質(zhì)量。
[0020]圖13示出有源模態(tài)天線，其中連接至第一信號(hào)源上的第一驅(qū)動(dòng)天線被寄生元件和相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件圍繞；存在第二驅(qū)動(dòng)天線并且該第二驅(qū)動(dòng)天線連接至第二信號(hào)源上；并且天線調(diào)諧模塊(ATM)將控制信號(hào)提供給這些有源調(diào)諧元件以對(duì)天線輻射圖案賦形。
[0021]圖14示出圖13的天線系統(tǒng)，其中有源模態(tài)天線和無(wú)源結(jié)構(gòu)這兩者都耦接到共享信號(hào)源上。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)說(shuō)明
[0022]在以下描述中，為了解釋目的而非限制，闡明細(xì)節(jié)和描述以便提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，本發(fā)明可以在偏離這些細(xì)節(jié)和描述的其他實(shí)施例中進(jìn)行實(shí)踐。
[0023]在此所描述的這些天線系統(tǒng)利用波束操控技術(shù)來(lái)減少來(lái)自一個(gè)或多個(gè)源的干擾。一種平臺(tái)已被衍生用于基于天線輻射圖案的修改來(lái)增加鏈路預(yù)算，并且這種平臺(tái)是部分基于2008年3月5日提交的標(biāo)題為“用于操控天線波束方向的天線和方法(ANTENNA ANDMETHOD FOR STEERING ANTENNA BEAM DIRECT1N) ”的美國(guó)序列號(hào) 12/043，090，該申請(qǐng)作為2011年3月22日提交的美國(guó)專利號(hào)7，911，402(以下稱為“402專利”)授予，該專利的內(nèi)容通過(guò)引用結(jié)合在此。該‘402專利描述了一種能夠修改天線輻射圖案的結(jié)構(gòu)，在此所描述的實(shí)施例中，可以將該結(jié)構(gòu)用于在預(yù)期通信方向上提供增益極大值并且在一個(gè)或多個(gè)干擾源的方向上提供增益極小值。這將造成通過(guò)增加預(yù)期信號(hào)并減少不期望的信號(hào)來(lái)使得鏈路預(yù)算提高，從而提供提高的信噪比(SNR)性能。
[0024]在一個(gè)實(shí)施例中，一種天線系統(tǒng)包括:隔離磁偶極子(MD)天線元件；第一寄生元件；與該第一寄生元件相關(guān)聯(lián)的第一有源調(diào)諧元件；以及天線調(diào)諧模塊(ATM)，該ATM將控制信號(hào)提供給該有源調(diào)諧元件來(lái)控制該MD元件的輻射模式。該ATM可以包括處理器和算法，該處理器和算法在存在干擾信號(hào)時(shí)更改該天線系統(tǒng)的輻射圖案來(lái)增加與預(yù)期收發(fā)器的通信鏈路質(zhì)量。接收信號(hào)強(qiáng)度指示符(RSSI)或其他系統(tǒng)度量是從相關(guān)信號(hào)源和第一干擾源采樣的，并且更改天線模式以便降低這個(gè)干擾源的信號(hào)電平。
[0025]在另一個(gè)實(shí)施例中，該天線包括:兩個(gè)或更多個(gè)寄生元件；與每個(gè)寄生元件相關(guān)聯(lián)的有源調(diào)諧元件；以及天線調(diào)諧模塊(ATM)，該ATM將控制信號(hào)提供給這些有源調(diào)諧元件來(lái)更改該MD元件的輻射模式。該ATM包含處理器和算法，該處理器和算法被適配成用于在存在一個(gè)或多個(gè)干擾信號(hào)時(shí)更改該天線系統(tǒng)的輻射圖案來(lái)增加與預(yù)期收發(fā)器的通信鏈路質(zhì)量。RSSI或其他系統(tǒng)度量是從相關(guān)信號(hào)源和干擾源采樣的，并且更改天線模式以便降低干擾源的信號(hào)電平。
[0026]在另一個(gè)實(shí)施例中，用于控制天線系統(tǒng)的算法和軟件駐存于該天線調(diào)諧模塊(ATM)中。
[0027]在另一個(gè)實(shí)施例中，用于控制天線系統(tǒng)的算法和軟件可以駐存于與通信裝置或無(wú)線裝置相關(guān)聯(lián)的基帶處理器或其他處理器中。
[0028]在某些實(shí)施例中，有源調(diào)諧元件被適配成用于提供與該天線相關(guān)聯(lián)的分裂諧振頻率特性，例如像通過(guò)將相關(guān)聯(lián)的寄生元件短接到地進(jìn)行提供。有源調(diào)諧元件可以被適